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安德森和梅更多的是利用别人的数据研究问题的理论学家,爱德华·C·福尔摩斯(Edward C. Holmes)也是,和他们不同的是他专门研究病毒进化,是世界级领先专家之一。在宾夕法尼亚州中部,起伏的群山和阔叶林中间有一个小镇,叫州学院镇,镇上有一个隶属于宾夕法尼亚州大学的传染病动力学研究中心,在研究中心的一间少有陈设的办公室里坐着的就是爱德华·C·福尔摩斯,他通过详细检查基因编码序列辨别病毒变化模式,也就是说,他一直在观察那五个字母A、C、T、G、U的长期变化,列出一串串不可读的横直条,就像狂躁的大猩猩用键盘敲出来的一样。福尔摩斯的办公室整洁、舒适,里面摆着一个办公桌,一个圆桌,几把椅子,还有几排书架,几本书,几份文件或几篇论文,思想者的房间。办公桌上摆着一台电脑,显示器很大,总之,我拜访时就是这个样子。
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电脑上方贴着一张赞美“病毒圈”的海报,意思就是地球上病毒多种多样,整个病毒群体是深不可测的。旁边还有一张海报是霍墨·辛普森(Homer Simpson)作为爱德华·霍普(Edward Hopper)著名油画《夜游者》中的一个角色,我不确定这张海报在赞美什么,可能是在赞美甜甜圈。
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爱德华·C·福尔摩斯是英国人,从伦敦剑桥移居到了宾夕法尼亚州中部。当他在探讨一个重要事实或一个前沿观点的时候,他的眼睛会轻微闪动,因为重要的事实和精辟的观点会激发他的热情。他圆圆的脑袋已经谢顶,有头发的地方也剃得像个古朴的僧人。他戴着一副金属边眼镜,上边缘金属很厚,就像尤里·安德罗波夫(前克格勃领导人)的老照片中的人物。虽然头剃得像僧人,人看起来很机智,像安德罗波夫式的人物,这都只是第一印象,其实爱德华·C·福尔摩斯跟古朴不沾边,他非常活泼,也很幽默,为人慷慨大气,喜欢谈论我们关注的问题:病毒。大家都叫他爱迪。
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“大多数新出现的病原体都是RNA病毒,”他告诉我说。我们坐下来,头顶上就是那两张海报。他的意思是说,RNA病毒和DNA病毒相反,和细菌相反,和其他类型的寄生虫相反。他不需要再介绍RNA的相关知识了,因为我早已心中有数了:亨德拉和尼帕,埃博拉和马尔堡,西尼罗河、马秋波、鸠宁、流感、登革热和黄热病,狂犬病和它的同类,基孔肯雅、非典型肺炎病毒、拉沙,更不用说艾滋病毒HIV-1和HIV-2了,所有这些病毒的基因组都是RNA。这类病毒似乎还包括远远超过其应有份额的卑鄙的人畜共患病,囊括了大多数最新品种和最坏品种。一些科学家开始产生疑问,这是为什么呢。话说爱迪·福尔摩斯就这个问题写的书《进化和RNA病毒的产生》(The Evolution and Emergence of RNA Viruses),由牛津大学于2009年出版,不应该只是在打比方,正是这本书把我领到了他门前。现在他正向我概括这本书上一些突出的要点。
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当然,爱迪说,总体来说RNA病毒多得可怕,许多将会感染人,而且这个概率似乎也在提高。RNA病毒遍布海洋、土壤、森林、城市;RNA病毒感染细菌、真菌、植物、动物。地球上一种有细胞的物种至少能养活一种RNA病毒,他在书中说,虽然我们不确定,因为只是刚开始研究,但这却是可能的。看一眼他那张画着病毒圈的海报就会赞同这一观点了,那张海报上画着所有已知的病毒,就像一块色彩艳丽的比萨饼,而RNA病毒至少占这块饼的一半。但是他们都是不一样的,爱迪说,他们高度进化,变化多端,适应能力极强。
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这有两个原因,他解释说,一是突变率高,二是数量大,“这两个因素放在一起就意味着会产生更多的适应性变化”。
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RNA病毒复制极其迅速,在每一个宿主中都能产生大量(高浓度)的类病毒。换种说法就是它们倾向于制造急性感染,在短时间内杀伤力很强,然后销声匿迹。它们要么自己迅速消失,要么把你干掉。爱迪称它为“一种大繁荣——大崩溃的东西”。急性感染也意味着会有很多病毒泄出,通过打喷嚏、咳嗽、呕吐、流血、腹泻,很容易传播给其他受害者。这种病毒努力和每种宿主的免疫系统拼速度,争取赢得先机,在宿主的防御系统能击退它们之前,带上所有需要的东西迅速撤离,然后继续行进。(慢性病毒,包括艾滋病毒属于特例,使用了不同的策略。)极快的复制速度和高突变率为它们提供了充足的基因变种。一旦一种RNA病毒落在了其他宿主身上,有时候甚至会落到另外一种物种上面,那么充足的变种就会为这种病毒做出贡献,不管怎样的新环境,变种都能为病毒适应新环境提供很多机会。有些情况下,病毒没有能够适应,但是有些情况下它们却能够很好地生存下来。
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大多数DNA病毒却体现相反的极端特性,它们的突变率很低,总体数量也不大,求自保得永生便成了它们的生存策略,“倾向于走持久战路线。”爱迪说。它们潜伏起来,耐心等待,坚持打持久战并伺机实施秘密行动。它们不会和免疫系统抢速度,而是想方设法躲避免疫系统的攻击。它们会在某些特定细胞中休眠,徘徊,其间进行少量复制,或者根本不复制,有时候这样的状态可以持续许多年。我知道他讲的是类似带状疱疹的病毒,带状疱疹病毒是一种经典的DNA病毒,人感染之后,开始会患水痘,几十年之后复发,会患带状疱疹。爱迪说,DNA病毒的劣势在于,它们适应新物种宿主的能力没那么强,它们只是过于稳定,墨守成规,忠于它们以往的事业。
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DNA病毒的稳定性是由其基因分子结构和复制方式决定的,复制时,利用DNA聚合酶装配并修复每一条新的DNA单链。据爱迪介绍,这种酶用于RNA病毒,情况恰恰相反,“容易产生错误”,“对于RNA病毒来讲,这种酶毫无价值”,不会修改错误配对,不会追溯检查错误,不会改正那些错位的核苷酸A、C、G、U,为什么?因为RNA病毒的基因组数量微小,大约只有2 000到30 000个核苷酸,比大多数DNA病毒的核苷酸少很多。“RNA病毒需要更多的核苷酸”,组成更大的基因组,携带更多的信息“来制造一种能起作用的酶”。他的意思是这种酶像DNA聚合酶一样,能有条不紊地工作。
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为什么RNA病毒的基因组这么小呢?因为他们自我复制的过程中充满了太多欠精确之处,如果要复制更多信息的话,它们能积累更多的错误,最后无法进行,陷入瘫痪。这是一个鸡生蛋和蛋生鸡的问题,他说。RNA病毒的基因组太小是因为其突变率太高,而它们突变率那么高是因为他们的基因组太小。实际上,这种困境有一个很有趣的名字:艾根悖论。曼弗雷德·艾根(Manfred Eigen)是一位德国的化学家,诺贝尔奖得主,他研究的是能够产生自我组织的大分子的化学反应,这个过程可能会导致生命产生。他提出的悖论描述了这种分子自我繁殖的数量限制,一旦超过这个数量,分子的变异率就会出现太多的错误使得病毒分子停止自我复制,进而死去。由于受到艾根悖论的束缚,RNA病毒就要通过制造大量的病毒变种来弥补它们的错误、单一性和不稳定性,从而实现及早传播和频繁传播的目的。看起来RNA病毒无法打破艾根悖论,但是它们可以趁机将其避开,把这种不稳定性化腐朽为神奇。复制错误会产生很多变种,很多变种可以使它们迅速进化。
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爱迪说,“DNA病毒能制造更大的基因组”,不像RNA病毒那样,它们不受艾根悖论的束缚,还能捕获或合并宿主的基因,这一点能帮助它们迷惑宿主的免疫反应。它们可以在宿主体内居住很长时间,满足于较慢的传播方式,如性传播和垂直传播。更加重要的是,它们能够在复制的同时修复繁殖过程中的错误,从而降低变异率。“RNA病毒却无法做到这一点。”它们面临着不同的束缚和选择,突变率无法降低,基因组不能扩大,“有点被卡住的感觉”。
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如果你是这种被卡住的病毒,没有长期的安全保证,没有时间可以浪费,没有失败的赌注,只有适应新环境的能力,你会怎么做?直到现在,我们所做的研究一直围绕着我最感兴趣的问题——“它们经常在物种间选择。”爱迪说。
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致命接触:全球大型传染病探秘之旅 第七章 空中的宿主
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这些病毒是从什么地方蹦出来的?它们从长期寄居的宿主身上,找到了安全感的动物身上蹦出来,偶尔也有失败的时候。也就是说,病毒是从贮存宿主的身上蹦出来的。
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那么什么动物是贮存宿主呢?有些动物比其他动物更容易成为人畜共患病毒的贮存宿主,将病毒传播给人类。汉坦病毒通过负鼠传播给人类。拉沙热病毒也通过负鼠传播给人类。黄热病毒通过猴子传播给人类。猴痘,尽管疾病的名字看起来和猴子相关,却主要通过松鼠传播给人类。乙型疱疹病毒通过猕猴传播给人类。流感病毒通过野生鸟类传播给家禽类,再通过家禽传染给人类,有时还会在猪的身上经过某些变化然后再传播给人类。麻疹最早可能是通过养殖的绵羊或者山羊传播给人类。HIV-1病毒通过黑猩猩传播给人类。这些人畜共患病的宿主来源各不相同。但是我提到这些可怕的新病毒的一大部分以及我没有提到的其他病毒都是通过蝙蝠传染人类的。
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亨德拉病毒:通过蝙蝠感染人类;马尔堡病毒:通过蝙蝠感染人类;SARS-CoV病毒:通过蝙蝠感染人类。狂犬病毒:主要通过饲养的犬传播给人类,因为与野生动物相比,疯狗将利齿咬到人类体内的机会要多,但是蝙蝠也是狂犬病毒的主要贮存宿主之一。杜文黑基病毒(Duvenhage),一种和狂犬病毒类似的病毒通过蝙蝠感染人类。科萨努尔森林病毒(Kyasanur Forest virus)寄生在几种野生动物身上,其中也包括蝙蝠,通过蚊子的叮咬将这种病毒传播给人类。埃博拉病毒:很可能也是通过蝙蝠传播的。脑膜炎病毒(Menangle):通过蝙蝠传播;泰曼病毒(Tioman):通过蝙蝠传播给人类;麦腊卡病毒(Melaka):通过蝙蝠传播给人类。澳大利亚蝙蝠拉沙病毒的贮存宿主就是澳大利亚蝙蝠,可能你对此也不会感到惊讶。虽然通过蝙蝠传播给人类的疾病已经很多了,让人感到有些不安,需要细细的解释,但是如果不提到立百病毒就不算完整。立百病毒是最近几十年才出现的RNA病毒,引起的病情非常严重,这种病毒通过感染猪进而感染人类,而这种病毒的贮存宿主也是蝙蝠。
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一个新的人畜共患病的出现总是让人感到迷惑而且警醒,立百病毒的出现也不例外。1998年9月,马来西亚半岛怡宝市附近北部的一个地区的人们开始发病。这些人的症状有发烧、头痛、嗜睡和抽搐。患病者是养猪户以及从事和猪肉加工相关的人。其中一个患者是卖猪肉的,死于脑炎。12月份,北部的疾病暴发的趋势看起来逐渐减弱,在首都科伦坡西南部主要从事生猪养殖的森美兰州(Negri Sembilan)又出现了很多新发病例。到了这年的年底,10名工人发病,出现昏迷的症状而后死亡。虽然对这种疾病并不完全了解,政府迅速地采取措施应对。开始,这些措施主要是针对蚊子和猪。
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蚊子被认为是病毒的携带者,而猪则被认为是这种病毒的贮存宿主。但是这两种动物究竟是什么病毒的携带者和贮存宿主呢?人们认为这种病毒是日本脑炎病毒(Japanese encephalitis,JE)。
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日本脑炎病毒是马来西亚的一种地方病,也是东南亚很多地方都存在的流行病,每年导致整个地区30 000人发病(很多并不致命)。日本脑炎病毒和西尼罗河病毒、登革热和黄热病毒同属于一科。这种病毒通过携带者传播,通过蚊子的叮咬将这种病毒从其贮存宿主猪和野生鸟类传播给人类。从有些生病的马来西亚养猪场的工人身上发现的这种病毒的抗体证实这种病毒就是导致1998年疾病暴发的根源,因此日本脑炎病毒成为公众关注的目标和政府行动的对象。卫生官员开始考虑究竟要为多少人或者多少只猪注射这种疾病的疫苗。
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1月初,马来西亚主要的英文报纸《海峡时报》(New Straits Times)上刊登了一则标题为“一名女孩成为森美兰州第四名死于日本脑炎的病人”的新闻。新闻报道中没有提到这名女孩的名字,她只有13岁,帮助家人从事养猪的工作。在关于这个女孩的消息下面是另外一则短消息,报道中称马来西亚卫生部部长已经命令开展一项通过伐木来消灭蚊子的行动。杀死蚊子,消灭病毒携带者,制止日本脑炎的传播,对吗?想法是对的,但是效果并非如此。一天后,这份报纸上又登出了另外一则消息“怡宝市一名女孩疑似死于日本脑炎”。这使得南部森美兰州和北部的怡宝市死亡的人数达到了13人。这个女孩刚刚开始蹒跚学步,是在家中死去的,她的家距最近的养猪场只有半英里。这则消息还称“猪是这种病毒的宿主”,当然这种病毒是指日本脑炎病毒。猪还是其他病毒的宿主吗?
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猪可能也是其他病毒的宿主。一方面新闻媒体大肆报道日本脑炎病毒,政府也采取措施控制疾病,位于首都科伦坡的马来亚大学(不是“马来西亚”,而是保留了历史上的原名)医学微生物学系的科学家们对引起人死亡的病毒是否为日本脑炎病毒却越来越持怀疑的态度。他们和其他人一样对日本脑炎病毒有一定的了解,但是这种病毒现在的一些表现好像并不完全符合这种病毒的发病模式。除了报纸上大肆报道死亡的两名女孩以外,最近出现的患者几乎都是成年男性。这些男性都和养殖、运输和屠宰猪有着直接的联系。实际上,这些患者当中的很多人不仅是成年男性,还是中国人,这些人在马来西亚的生猪养殖业占据了主导地位。据以前掌握的知识,日本脑炎主要感染儿童。这所大学医学微生物学系的主任,蓝赛奇(Sai Kit Lam)教授(其英语为母语的朋友叫他肯·蓝)公开宣布说,这次疾病的暴发导致的成人死亡人数过多,并不符合日本脑炎的通常表现。目前这场疾病导致的死亡率也出奇的高,超过了54%。也许这是一种新型的日本脑炎病毒,比以往的日本脑炎病毒毒性更强,更容易感染成人,携带这种病毒的昆虫在公众中传播这种疾病并不那么广泛。
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